DE2048612C2

DE2048612C2 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2048612C2
Application number: DE2048612A
Authority: DE
Inventors: Michael Leroy Cambridge Mass. Lopin
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Co LLC
Priority date: 1969-10-27
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1982-04-22
Also published as: DE2048612A1; GB1331967A; JPS5120832B1; US3631860A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Frühere Herzschrittmacher arbeiteten im allgemeinen kontinuierlich mit einer festen Frequenz. Nachdem viele Jahre ein derartiger Herzschrittmacher verwendet wurde, wurde der Bedarfsherzschrittmacher eingeführt In einem Bedarfsherzschrittmacher werden elektrische herzstimulierende Impulse nur erzeugt, wenn die natürlichen Herzschläge ausfallen. Tritt nur ein einziger natürlicher Herzschlag nicht auf, wird nur ein einziger elektrischer Impuls erzeugt. Beim Ausfallen mehrerer natürlicher Herzschläge ersetzt der Herzschrittmacher diese Herzschläge so lange, wie diese ausfallen.

Das Ergebnis ist ein gesamtintegrierter Betrieb, d. h. ein gegenseitiges exklusives Zusammenwirken von μ natürlichen Herzschlägen und stimulierenden Impulsen. Ein solcher Bedarfsherzschrittmacher ist in der US-PS 45 990 beschrieben.

Im allgemeinen ist ein Bedarfsherzschrittmacher so ausgelegt, daß er einen Impuls eine vorbestimmte Zeit &■-, nach Auftreten des letzten natürlichen Herzschlages erzeugt. Tritt ein anderer natürlicher Herzschlag während des Zeitintervalles des Herzschrittmachers auf, dann wird der Impuls nicht erzeugt, und die Taktperiode beginnt wieder von neuem. Tritt auf der andere« Seite kein natürlicher Herzschlag bis zum Ende der Taklperiode auf, wird ein stimulierender Impuls erzeugt Für den richtigen Betrieb eines Bedarfsherzschrittmachers muß die Herzschrittmacherschaltung feststellen, ob ein natürlicher Herzschlag aufgetreten ist Das durch die Herztätigkeit erzeugte elektrische Signal mit der größten Amplitude ist der QRS-Komptex, der einer Ventrikularkontraktion entspricht Zur Bestimmung dafür, ob ein natürlicher Herzschlag aufgetreten ist, wird eine Elektrode im allgemeinen an eine Herzkammer angeschlossen. Da in den meisten Fällen Ventrikularstimulation benötigt wird, kann dieselbe Elektrode sowohl zur Stimulierung der Herzkammern als auch zum Anzeigen eines natürlichen Herzschlages verwendet werden, wie es in der bereits erwähnten US-Patentschrift beschrieben ist

Bei einigen der in den vergangenen Jah'. en auf den Markt gekommenen Bedarfsherzschrittmachern ist eine Umschaltung zwischen kontinuierlicher und Bedarfsbetriebsweise ohne Zugang zum Herzschrittmacher nach dem Einpflanzen vorgesehen. Ein solcher Umschalter besteht aus einem monostabilen magnetischen Zungenschalter. Wird ein magnetischer Pol einer der beiden Polaritäten neben der Brust des Patienten angeordnet dann wird der Zungenschalter geschlossen, und der Herzschrittmache? arbeitet kontinuierlich. Wird der Magnet entfernt dann öffnet sich der Zungenschalter, und der Herzschrittmacher arbeitet als Bedarfsherzschrittmacher. Einer der wichtigsten Gründe für das Umschalten in die kontinuierliche Arbeitsweise besteht darin, daß der Arzt auf diese Weise den Betrieb des Herzschrittmachers kontrollieren kann. Schlägt das Herz des Patienten normal, dann werden keine Impulse von dem Herzschrittmacher erzeugt. Selbst wenn der Patient durch ein elektrokardiographisches Gerät kontrahiert wird, besteht keine Möglichkeit festzustellen, ob der Herzschrittmacher noch funktioniert: Wenn das Herz des Patienten normal stiiüjgt, dann erscheinen keine Schrittmacherimpulse in dem EKG-Signal. Steuert dagegen der Magnet das Schließen des Zungenschalters dann treten die Schrittmacherimpulse in dem EKG-Signal auf, und der Arzt kann feststellen, daß der Herzschrittmacher noch in Betrieb ist und Impulse richtig liefert.

Sowohl bei einem Bedarfsherzschrittmacher als auch bei einem kontinuierlich arbeitenden Herzschrittmacher ist es oft nötig, die Impulsfolgefrequenz bzw. Rate des Betriebes nach der Einpflanzung anzupassen. Es ist natürlich wünschenswert, einen Wechsel in der Impulsfolgefrequenz ohne körperlichen Zugang zum Herzschrittmacher durchführen zu können. Zu einem solchen Zweck können magnetische Zungenschalter verwendet werden.

Ein derartiger Herzschrittmacher der eingangs genannten Art (vgl. US-PS 33 11 111) verwendet einen bistabilen Zungenschalter zur Erhöhung der Impulsfolgefrequenz. Eine Vielzahl von Impulsfolgefrequenzen kann damit aber nicht eingestellt werden.

Die bei den bekannten Ausführungen verwendeten magnetischen Zungenschalter zur Steuerung der Impulsfolgefrequenz der Herzschrittmacher sind vom bistabilen Typ. Der magnetische Zungenschalter wird in einen der beiden Zustände geschaltet, abhängig von der Polarität des in die Nachbarschaft der Brust des Patienten gebrachten Magnetfeldes. Jeder Zustand des Zungenschalters steuert eine unterschiedliche Impuls-

folgefrequenz. Bei der Verwendung solcher bistabiler magnetischer Zungenschalter oder anderer mechanischer Schalter tritt jedoch immer das Problem der Betriebssicherheit auf. Es wurde festgestellt, daß Stoß und Vibration einen versehentlichen Wechsel bei einem mechanischen Kontakt, der zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Impulsfolgefrequenz dient, eintreten kann. Das ist der Fall nicht nur bei bistabilen magnetischen Zungenschaltern, sondern auch bei vielen anderen mechanischen Kontaktschaltern, die für diese Zwecke verwendet werden. Es ist natürlich unerwünscht, daß die Herzschrittmacher-Impulsfolgefrequenz nach der Einstellung durch den Arzt zufällig geändert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Herzschrittmacher der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem mittels eines Schalters mit nur zwei Schaltzuständen eine Vielzahl verschiedener Impulsfolgefrequenzen eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ermöglicht den Bau eines Herzschrittmachers, dessen Impulsfolgefrequenz mittels eines Schalters mit nur zwei Schaltzuständen, also beispielsweise eines magnetischen Zungenschalters, auf eine Vielzahl von Werten eingestellt werden kann.
Die Impulsfolgefrequenz wird durch mechanischen Stoß oder Vibration kaum beeinflußt und kann ohne körperlichen Zugang zum Herzschrittmacher eingestellt werden.

Einige weitere Bildungsformen der Erfindung ergeben sich im Zusammenhang mit den Figuren aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figuren zeigen

F i g. 1 einen Bedarfsherzschrittmacher;

F i g. 2 ein EKG-Signal und

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel.

Die Elektroden E1 und El des in F i g. 1 dargestellten Herzschrittmachers sind in das Herz eines Patienten eingepflanzt Die Elektrode El ist die neutrale Elektrode und die Elektrode E1 die die Herzkammern stimulierende Elektrode. Ist ein Schalter 5 geöffnet, fließt ein Strom zwischen den Elektroden Ei und El zur Stimulierung der Herzkammern nur dann, wenn eine elektrische Stimulierung benötigt wird.

Ein Kondensator 65 dient als Stromquelle fürden Fall, daß ein Impuls benötigt wird. In diesem Fall ist ein Transistor 79 leitend, and der Kondensator 65 entlädt sich über die Elektroden. Ein Kondensator 57 wird über Potentiometer 35 und Sl aufgeladen, bis die an ihm liegende Spannung zwei Transistoren 77 und 78 leitend macht Dann wird der Kondensator 57 über das Potentiometer 37 und die Transistoren 77 und TS entladen; der Transistor 79 leitet, und ein Impuls wird von dem Kondensator 65 an das Herz des Patienten abgegeben. Über die Stellung des Potentiometers 37 wird die Zeit festgelegt, die der Kondensator 57 zur Aufladung benötigt, und damit die Breite jedes Impulses. Die Stellung des Potentiometers 35 (zusammen mit der Stellung des Potentiometers 37) bestimmt die Zeit, die für die Aufladung des Kondensators 57 auf das Niveau nötig ist, welches die Transistoren Tl und TS leitend macht. Diese Zeitspanne entspricht dem Zwischenimpulsintervall. Im Falle, daß ein Transistor Tb nichtleitend ist, wird sonach der Kondensator 57 kontinuierlich aufgeladen und entladen und die Impulse werden dem Herzen des Patienten in durch die Stellung der Potentiometer 35 und 37 festgesetzten Intervallen zugeführt ■"

^v, Die Elektrode Ei ist über einen Leiter 11 mit der Basis eines Transistors Ti über einen Kondensator 17 verbunden. Ein repräsentatives EKG-Signal! ist in F i g. 2 dargestellt Der Transistor Ti und ein Transistor Ti verstärken das R-Wellensignal der Elektrode £"1, das ι» von einer ventrikularen Kontraktion herriftrt Übergroße Signale werden durch eine Zenerdiod? 67 begrenzt, um eine Zerstörung des Transistors Ti ztg verhindern. Auf ein Ä-Signal folgend wird ein positiver Impuls der Basis des Transistors 76 zugeführt Der Transistor Τβ

r, wird durchgeschaltet, und der Kondensator 57 entlädt sich über ihn. Auf diese Weise wird, obwohl der Kondensator 57 auf ein Niveau aufgeladen ist, das an sich die Erzeugung eines Impulses zur Folge hätte, dieser entladen, und ein neues Zeitintervall beginnt.

Damit ist sichergestellt, daß ein Impuls nicht erzeugt wird, wenn ein natürlicher Her-:xhlag auftritt Das Zeitintervall ist so gewählt, daß Impulse erzeugt werden mit einem Zwischenintervall, das ein wenig größer ist als das gewünschte natürliche Herzschlagfolgeintervall.

Nur wenn ein natürlicher Herzschlag nicht auftritt wird ein stimulierender Impuls erzeugt.

Die verbleibenden Transistoren 73 bis 75 der Schaltung dienen zur Sperrung des Transistors Tb bei Vorhandensein von Rauschen. Tritt Rausehen auf, dann

ίο können der Transistor 7"6 hierdurch leitend werden und die Erzeugung eines Impulses verhindern, auch wenn ein solcher benötigt wird. Deshalb ist der Transistor 76 — wenn der Herzschrittmacher Rauschsignale feststellt — gesperrt, und es werden dann Impulse mit einer festen

j5 Impulsfolgefrequenz geliefert.

Ist der Schalter 5 geöffnet, dann arbeitet der Herzschrittmacher in der gerade beschriebenen Weise als Bedarfsschrittmacher. Ist der Schalter S jedoch geschlossen, dann liegi die Basis des Transistors 76 auf dem Potential des Leiters 9. In diesem Fall schalten die von dem Kondensator 53 kommenden Impulse den Transistor 76 nicht durch. Der Kondensator 57 wird nicht über den Transistor 76 entladen und jedesmal, wenn die Kondensatorspannung das Niveau erreicht, bei dem die Transistoren 77 und 78 leitend werden, wird ein stimulierender Impuls erzeugt Der Herzschrittmacher arbeitet so in kontinuierlicher Betriebsweise.

In Fig.3 ist ein Ausführungsform der Erfindung

dargestellt. Die Schaltung ist identisch mit der in F i g. 1 dargestellten mit Ausnahme der Elemente, die in einem dickumrandeten Viereck 35' enthalten sind. Die linke Hälfte der in F i g. 1 dargestellten Schaltung ist in F i g. 3 nicht wiederholt, es sind jedoch die Schaltungseinzelheiten links von den Transistoren 73 und 75 identisch. Der Schalter 5 ist ah monostabiler magnetischer Zungenschalter dargestellt. Der Schalter weist zwei Zungen auf, die in einem Glasgehäuse eingeschlossen sind. Ein solcher monostabiler magnetischer Zungenschalter wird in Herzschrittmachern bereits seit mehreren jähren verwendet. Legt man einen Magneten in die Nähe des monostabilen magnetischen Zungenschalters, dann berühren sich die beiden Zungen, wenn der magnetische Fluß parallel zu ihnen verläuft. Solange der

hi Magnet in seiner Stellung gehalten wird, ist die Basis des Transistors 76 mn dem Leiter 9 kurzgeschlossen, und der Herzschrittmacher arbeitet in seiner kontinuierlichen Betriebsweise. Sobald der Maenet entfernt wird.

öffnet sich der Schalter, und der Herzschrittmacher kehrt zu seiner Bedarfsarbeitsweise zurück.

Die Abweichung gegenüber der in Fig. I dargestellten Schaltung besteht im Ersetzen des Potentiometers 35 in Fig. I durch die Einrichtung in dem schwarz umrandeten Viereck 35'. In F i g. I ist das Potentiometer 35 auf der einen Seite über eine Zuführung mit einem Widerstand 33 und einer Batterie 7 verbunden und juf der anderen Seite an das Potentiometer 37 und den Emitter des Transistors 77 angeschlossen. Die Einrichtung im Viereck 35' in F i g. 3 weist drei Eingangsleitungen auf, von denen zwei mit den beiden Anschlüssen des Potentiometers 35 in F i g. I übereinstimmen. Der dritte Eingang verbindet die Basis eines Transistors 7" 14 mit einer Batterie 5 und der Batterie 7. In der in F i g. I dargestellten Schaltung dient das Potentiometer 35 zur Einstellung des Stromes, der von der Batterie 7 zum Kondensator 57 fließt. In der in F i g. 3 dargestellten Schaltung dient die Einrichtung in dem Viereck 35' als Konslantstromquelle die über das Potentiometer 37 dem Kondensator 57 Strom liefert. Es kann auch der Kollektor des Transistors 714 direkt mit dem Kondensator 57 verbunden werden, so daß sich das Potentiometer37 nicht im Ladestromweg befindet.

Der konstante Strom wird vom Kollektor des Transistors 714 über das Potentiometer 37 zum Kondensator 57 geführt. Der Strom fließt über das Potentiometer und den Kondensator sowie über Widerstände 61 und 63 zum geerdeten Leiter 9. Der Ladestrom ist klein, so daß die an dem Widerstand 63 abfallende Spannung klein genug ist. um den Transistor 79 nicht durchzuschalten. Nur wenn der Kondensator 57 sich über die Transistoren 77 und 78 entlädt, ist der Strom durch den Widerstand 63 groß genug, um den Transistor 79 durchzuschalten.

F.s bestehen zwei Anforderungen an die im Viereck 35' enthaltene Stromquelle. Die erste ist die, daß die Stromquelle den gesamten Spannungsbereich des Kondensators 57 abdeckt. Die maximale Spannung an dem Kondensator ist diejenige, die die Transistoren Tl und 78 in Betrieb setzt. Der Kondensator 57 ist mit seinem einen Anschluß über die Widerstände 61 und 63 mit dem geerdeten Leiter 9 verbunden. Die an den Widerständen 61 und 63 während der Ladung des Kondensators 57 abfallende Spannung ist vernachlässigbar, so daß der eine Anschluß des Kondensators 57 als während der Ladung geerdet betrachtet werden kann. Die Basis des Transistors Tl wird auf einem Potential V^ gehalten, das durch eine Batterie 3 und die Batterie 5 bestimmt ist. Der Transistor Tl leitet, wenn seine Basis-Emitter-Spannung 04 V beträgt. Folglich hat die Maximalspannung am Kondensator 57 den Wert V-t- -L 0.4 V. Die Konstantstromquelle muß sonach einen Spannungsbereich von 0 bis V_bb + 0.4 V abdekken.

Die zweite Anforderung an die Konstantstromquelle ist die. daß sich die Spannung am Emitter des Transistors Γ14 nicht ändern soll, wenn die Transistoren Tl und TS leiten. Andernfalls wäre es möglich, daß die bistabilen Schaltungen der Einrichtung in dem Viereck 35' geschaltet werden. Um eine Änderung des Ladestroms zu vermeiden, darf sich die Spannung am Emitter des Transistors Γ14 nicht ändern, selbst wenn sich der Kondensator 57 über die Transistoren 7~7 und TS entlädt

Die Basisspannung des Transistors Γ14 wird durch die Baüerien 3 und 5 konstanigehaiten und ist gleich der Basisspannung V_bt des Transistors 77. Der Transistor

T14 beginnt zu leiten, wenn seine Emiiterspannung ungefähr um 0,4 V höher ist als seine Basisspannung. Obwohl eine Emitter-Basis-Vorspannung von 0.4 V hinreichend ist. um den Transistor Γ14 leitend zu machen, beträgt der Emitter-Basis-Spannungsabfall 0,5 V, wenn der Transistor linear arbeitet und den Ladestrom leitet. Wird die Basis des Transistors T14 auf der Spannung V_hb und auch der Emitter des Transistors 714 auf der Spannung V«, gehalten, so liegt der Emitter des Transistors 714 auf einem Potential von 0,5 V über dem Basispotential, das im wesentlichen unabhängig vom Emitterstrom ist. Der Kollektorstrom ist gleich dem Emitterstroin multipliziert mit einem Parameter * des Transistors (typisch ist ein Wert von 0,99). Der Transistor 714 arbeitet als Stromquelle mit einer Emitterspannung, die um 0,5 V höher ist als die Basisspannung, nur dann, wenn der Emitter-Kollektor-Spannungsabfall größer als ungefähr I V ist, el. h. nur. wenn die Kollektorspannung nicht den Wert

Vki. -4- 04 V prrpirht Ohwnhl Her Traniislnr TI4 pk

Konstantstromquelle unabhängig vom Emitter-Kollektor-Spannungsabfall arbeitet, ist es nötig, daß ein Spannungsabfall vorhanden ist.

Da die Transistoren 77 und 78 durchschalten und so den Kondensator 57 entladen, wenn die Emitterspannung des Transistors 77 den Wert Vw, + 0,4 V erreicht, ist es offensichtlich, daß die Kollektorspannung des Transistors 714 einen solchen Wert von Vw, + 0,4 V nicht '"hersteigen kann. Der Transistor 714 wirkt daher über den gesamten Spannungsbereich des Kondensators 57 als Konstantstromquelle. Der Emitterwiderstand des Transistors 714 ist relativ Hein verglichen mit den Widerständen 70 und 73. die den Emitterstrom des Transistors 714 bestimmen. Der Emitter des Transistors 714 wirkt so als Spannungsquelle für die Zählerschaltung in dem Viereck 35', d. h„ der Transistor leitet jeden der vier möglichen Ströme ohne eine Änderung in seiner Emitterspannung. Auf diese Weise verhindert der Transistor 714 ein ungewolltes Schalten der bistabilen Schaltung in dem Viereck 35' aufgrund der Signale der Taktschaltung.

Der Transistor 714 arbeitet als- Strombegrenzer; der Emitterstrom ist die Summe der in einem Leiter 97 von den Zuleitungen der Transistoren 710 bis 713 fließenden Ströme. Die Emitterkiemmen aller dieser Transistoren sind mit dem Emitter des Transistors 714 verbunden. Die Transistoren 710 und 711 bilden ein erstes und die Transistoren 712 und 713 ein zweites Flip-Flop. Die vier Kollektorwiderstände 70 bis 73 sind mit dem Kollektor je eines dieser Transistoren verbunden. Der Kollektor des Transistors 710 ist mit der Basis des Transistors 711 über einen Wider, rand 78 verbunden. Der Kollektor des Transistors 711 ist an die Basis des Transistors 710 über einen Widerstand 79 angeschlossen. Zwei Widerstände 80 und 81 sind bei dem Paar der Transistoren 712 und 713 in ähnlicher Weise angeschlossen. Kondensatoren 74 bis 77 erhöhen in bekannter Weise die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Flip-Flop-Schaltung.

Es sei angenommen, daß in der die Transistoren 710 und 711 aufweisenden Flip-Flop-Schaltung der Transistor 710 leitend und der Transistor 711 gesperrt ist Bei einem Spannungsabfall von 0,1 V am Kollektor und am Emitter des Transistors 710 und ohne Stromfluß durch den Widerstand 78 beträgt der Basis-Emitter-Spannungsabfall am Transistor 711 etwa 0,1 V. Da ein Spannungsabfall von 0,4 V nötig ist, um den Transistor leitend zu machen, bleibt der Transistor 711 gesperrt

Fs fließt ein Strom von der Batterie 7 über die Widerstände 71 und 79 zur Basis des Transistors 710, um den Transistor T10 leitend zu halten.

Mit dem Transistor ΓΙΟ ist in leitender Stellung und einer Spannung seines Kollektors von 0.1 V gegenüber > dem Potential der Hauptleitung 97 befindet sieh die Kathode einer Diode 86 auf dem gleichen Potential. Der Basis-Emitter-Abfall des Transistors 7*10 beträgt 0.5 V. FVIglich befindet sich die Katode einer Diode 84 auf einem Potential von 0.5 V gegenüber dem Potential der n> Hauptleitung 97. Das Auftreten eines negativen Impulses an der Anode einer der Dioden hat keine Wirkung, da die Diode nicht leitet, wenn der Anoden-Katoden-Abfall negativ ist. Damit die Dioden leiten, muß das Potential ihrer Anode um 0.5 V höher '< liegen als dasjenige der Katode. Beide Anoden liegen auf dem Potential der Hauptleitung 97 wegen ihrer Verbindung zu der Hauptleitung über den Widerstand 8"> Da die Cicgcnspanming an der Diode 84 0.5 V beträgt, leitet ciie Diode 84 nicht, bis ein positiver impuls ■" an der Anode anliegt, dessen Spannung höher als I V ist. Da die Gegcnspannung an der Diode 86 nur 0.1 V beträgt, leitet diese Diode 86 schon, wenn ein positver Impuls von mehr als 0.6 V an diese Anode angelegt wird. Folglich wird ein positiver Impuls, der über den .'"■ Kondensator 83 mit einer Amplitude von 0.6 V bis I V übertragen wird, zwar die Diode 86. nicht aber die Diode 84 passieren. Ein über die Diode 86 übertragener positiver Impuls schaltet den Transistor 7Ί1 durch, wodurch wiederum der Transistor T10 abgeschaltet i» und damit der Zustand der Flip-Flop-Schaltung ^.ttidert bzw. umgeschaltet wird.

1st ein magnetischer Zungenschalter S geschlossen, dann liegt der positive Pol der Spannungsquelle 7 an dem Kondensator 83. Der Kondensator 83 und ein π Widerstand 85 bilden ein Differenzierglied. Auf diese Weise wird eine positive Spannungsspitze den Anoden der Dioden 84 und 86 zugeführt.

Der positive Impuls hat eine Amplitude von über 0.6 V, aber unter I V. so daß das Flip-Flop seinen j< > Zustand in der beschriebenen Weise ändert. Wenn der magnetische Zungenschalter 5 sich öffnet, wird den Anoden der beiden Dioden über den Kondensator 83 ein negativer Impuls zugeführt. Der negative Impuls hat jedoch keine Einwirkung auf das Flip-Flop, da er die beiden Dioden 84 und 86 weiter negativ vorspannt. Dem Schließen und Öffnen der Kontakte folgend, entlädt sich der Kondensator 83 über die Widerstände 85 und 82.

Befindet sich das Flip-Flop in dem Zustand, in dem der Transistor 7"(I leitet und der Transistor 710 gesperrt ist. dann hat die Katode der Diode 84 eine .Spannung von 0,1 V und die Katode der Diode 86 eine Spannung von 0.5 V. Der nächste durch das Schließen der Zungenkontakte erzeugte positive Impuls passiert durch die Diode 84 und bewirkt, daß der Transistor T10 leitend und der Transistor 7"11 gesperrt wird. Durch das Schließen des Schalters S'erzeugte aufeinanderfolgende positive Impulse schalten so den Zustand des Flip-Flops fortlaufend um.

Die Bauelemente 88 bis 92 entsprechen den Bauelementen 82 bis 86 und dienen zum Schalten des Zustandcs eines zweiten Flip-Flops, das die Transistoren 7~12 und 7~13 umfaßt, wenn eine positive Spannung an der Verbindung des Widerstandes SS itiii dem Kondensator 89 liegt. Die positive Spannung wird gebildet, wenn der Transistor 7" 11 sperrt und sein Kollektor eine höhere Spannung annimmt. In diesem Moment wird ein positiver Impuls über den Kondensator 87 übertragen. Der Kondensator 87 dient zur galvanischen Trennung der Verbindung des Widerstandes 71 und des Kollektors des Transistors 7~11 von dem zweiten Flip-Flop, damit das zweite Flip-Flop nicht auf die Vorspannung des ersten Flip-Flops einwirkt. Das zweite Flip-Flop ändert seinen Schaltzustand nur. wenn der Transistor ΓΙΙ von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand umschaltet. Schaltet der Transistor 7"1I von dem nichtleitenden in den leitenden Zustand um. dann wird ein negativer Spannungsimpuls durch den Kondensator 87 übertragen, und der daraus resultierende negative Impuls, der von dem Kondensator 89 ausgeht, spannt die Dioden 90 und 92 in Sperrichtung vor und hat keine Auswirkung auf den Zustand des zweiten Flip-Flops. Die beiden Flip-Flops arbeiten sonach als ein Vierzustandszähler.

Die vier Zustände können durch die folgenden Leitbedingungen der Transistoren zusammengefaßt werden:

Zustand	Π0	7Ί1	Π2	7Ί3
1	aus	an	an	aus
2	an	aus	aus	an
3	aus	an	aus	an
4	an	aus	an	aus

Jedes Schließen des monostabilen Zungenschalters S' bewirkt ein Weiterschalten des Zählerzustandes vom Zustand 1 bis zum Zustand 4. Der Zungenschalter 5'ist geschlossen, wenn ein Magnetfeld in der Nähe der Brust des Patienten erzeugt wird.

Der durch den Emitter des Transistors 7" 14 fließende Strom ist gleich der Summe der an die Hauptleitung 97 en abgegebenen Ströme und sein Wert ist vom Zustand der beiden Flip-Flops abhängig. Vier verschiedene Ströme können durch den Emitter des Transistors T14 fließen. Die Ströme werden hauptsächlich durch die Widerstände 70 bis 73 bestimmt. Falls drei dieser Widerstände unterschiedliche Werte haben, resultieren daraus verschiedene Ströme in den verschiedenen Zählerzuständen. Wie bereits erwähnt wurde, beträgt das Emitterpotential des Transistors Γ14 V_bb + 0.5 V. wobei die Basisspannung des Transistors Π 4 den Wert Vbi, hat. Der Einbau der Batterie 7 in die Schaltung erhöht die Spannung an den oberen Enden der Widerstände 70 bis 73 auf V_m wobei V^ größer ist als V¹Mh Folglich beträgt der Spannungsabfall an einem der Transistoren T10 bis Γ13 in leitendem Zustand in Serie mit seinem Kollektorwiderstand V_n- — (V₆₆ + 0,5 V). Nimmt man einen Kollektor-Emitter-Abfall von 0,1 V an, dann beträgt der Abfall an einem der Widerstände 70 bis 73, der in Reihe mit einem leitenden Transistor geschaltet ist, V«. — V_1x- 0,6 V. Es sei angenommen, daß dieser Abfall 2 V beträgt Es sei ferner angenommen, daß der Widerstand einen Wert von 10* Ohm. die Widerstände 71 und 72 beide 2 χ 1O⁶OhIn und der

Widerstand 71 einen Wert von 4 χ 10" Ohm haben. In einem solchen 1 all und bei Vernachlässigung der durch die Widerstände 78 bis 81 fließenden Ströme fließt durch den Transistor Γ10 ein Strom von 2 μΑ. wenn er leitend ist, durch jeden der Transistoren 7"llund 7" 12 in leitendem Zustand ein Strom von I μΑ und ein Strom von 0,5 μΑ durch den Transistor 7~ 1.3, wenn dieser leitend ist. Da der zum Emitter des Transistors 7" 14 fließende Strom die Summe der vier genannten Transistorströiife ist, beträgt — wie aus der obigen Tabelle zu entnehmen ist — für den Zustand I des Zählers der gesamte Strom 2 μΑ. für den Zustand 2 des /.ahlers der gesamte Strom 2,") μΑ, für den Zustand 5 des Zählers der gesamte Strom 1,5 μA und für den Zustand 4des Zahlers der gesamte Strom 3 uA.

Die obige Betrachtung gilt nur näherungsweise, weil bei ihr die Auswirkung der Widerstände 78 bis 81 vernachlässigt ist. Beispielsweise flielit bei leitendem Zustand des Transistors T 10 ein Strom von 2 μΑ durch den Widerstand 70 und den Transistor zur Hauptleitung 97. Aber us fließt auch ein Strom durch die Widerstände 71 und 79 und die Basis-Emitter-Verbindung des Transistors /10 /ur gemeinsamen Hauptleitung. Der Widerstand 79 und die anderen drei kreuzgeschalteten Wide stände sind jedoch sehr groß verglichen mit den vier Kollektorwiderständen und beeinflussen daher das Stromniveau nicht, wie bereits beschrieben. Auf jeden Fi;ll s nd nur die vier Stromniveaus wesentlich, nicht aber c\e Art und Weise, in der sie gebildet werden. Die Werte der Kollektor- und der kreuzgeschalteten Widerstände können so ausgewählt werden, daß die vier möglichen Rmitterströme des Transistors Γ14 gewünschte Werte annehmen.

Fs soll noch darauf hingewiesen werden, daß der bekannte monostabile Zungenschalter S in der üblichen Art verwendet werden kann. Der Arzt kann so feststellen, ob der Herzschrittmacher noch in Betrieb ist. wenn ein Magnet in die Nähe der Brust des Patienten gebracht ist, der den Herzschrittmacher in die kontinuierliche Arbeitsweise umschaltet. Der /usätzliehe Schalter 5' kann so angeordnet werden, daß derselbe Magnet zugleich einen Wechsel in der Herzschrittmacherrate bewirkt. Schließt das Magnetfeld beide Zungenschalter, dann arbeitet tier Herzschrittmacher in der kontinuierlichen Weise, wobei zugleich seine i.ipulsfoigefrequenz geändert wird. Wird das Magnetfeld entfernt, dann schaltet der Herzschrittmacher in die Bedarfsarbeitsweise und fährt fort, mit der neuen Impulsfolgefrequcnz zu arbeiten. Ks ist jedoch vorzuziehen, die beiden Zungenschalter unabhängig voneinander zu betätigen.

Sind die beiden monostabilen magnetischen Zungenschalter senkrecht zueinander orientiert, so schließt ein Magnetfeld in einer Richtung einen der Schalter und ein Magnetfeld in einer Richtung senkrecht dazu den anderen. In manchen lallen kann es wünschenswert sein, einen unabhängigen Betrieb der beiden Zungen schalter voneinander unzusehen. Natürlich ist für einen kontinuierlichen Herzschrittmacher ein Zungenschalter .S' nicht nötig, und das Problem der unabhängigen Schaltoperation existiert dann nicht.

Da die Flip-Hops in ihrem Schaltzustand stabil sind, wird kein externer Sender zum Aufrechterhalten tier ausgewählten Rate benötigt. Der mechanische Zungenschalter ist auch nicht nötig für die Aufrechterhaltung der ausgewählten Impulsfolgefrequen/. vielmehr dient er nur der Schaltung von einer Impulsfolgefrequenz in die andere. Da der menschliche Körper tür magnetischen Fluß durchlässig ist. kann eine Impulsfolgefrequenz-Finstellung allein durch Halten eines Magneten gegen liie menschliche Brust vorgenommen werden. Fs können jedoch auch andere Techniken zur Einstellung des Zählers verwendet werden. Beispielsweise kann der Herzschrittmacher einen HF-Detektor aufweisen, mit dem der Zähler jedesmal weitergeschaltet wird, wenn ein HF-Sender in der Nähe der Brust des Patienten in Betrieb gesetzt wird. Ahnlich können anstelle von Flip-Flops andere elektronische Schaltungen mit mehreren Zuständen \erwendet werden, wie etwa solche mit Tunneldioden. Vierschicht-Dioden usw. Der Zähler kann auch so gebaut werden, daß er eine beliebige Anzahl von Zuständen aufweist. Ein einzelnes Flip-Flop hat nur zwei Zustände, d. h. es kann nur zur Umschaltung zwischen zwei Stromniveaus verwendet werden. Werden mehr als vier Zustande benötigt, dann können mehr als zwei Flip-Flops verwende\ werden.

Hierzu 2 Watt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Herzschrittmacher mit einer Einrichtung, deren Betriebszustand durch Betätigung eines Schalters, insbesondere eines magnetischen Zungenschalters, der vermittels eines externen Magneten betätigt wird, veränderbar ist, und mit einem Impulsgenerator, dessen Impulsfrequenz in Abhängigkeit vom Betriebszustand besagter Einrichtung auf verschie- ι ο dene vorgegebene Werte einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen elektronischen Zähler (10 bis 7Ί3) aufweist und daß der Schalter (S') einerseits an eine Spannungsquelle (7) und andererseits über ein Differenzierglied (83, 85) an den Zähler (TiO bis 713) angeschlossen ist dergestalt, daß der Zählzustand des Zählers (TlO bis Γ13) mit jeder Betätigung des Schalters (S') fortgeschaltet wird, wobei die Impulsfrequenz des Impulsgenerators (T7 bis T9, 65) vom Zählzustand des Zähleis (TiO bis Γ13) abhängig ist

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, bei dem der Impulsgenerator einen Kondensator aufweist, der als Teil eines Zeitgliedes aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (57) durch eine Konstantstromquelle (35') aufgeladen wird und daß die Konstantstromquelle (35') eine Anzahl paralleler Stromzweige (70, TlO; 71, Ti 1; 72, T12, 73, 7*13) aufweist, die entsprechend dem jeweiligen Zählzustand des Zählers (TiO bis Π3) selektiv durchgeschaltet sind und deren Stromsumme jeweils den von der Konstantstromquelle (35') an den Kondensator (57) gelieferten Strom bildet

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (TiO bis T13) wechselstrommäßig von dem Zeitglied (37, 57, 61, 63) isoliert ist zur Verhinderung eines unerwünschten Umschaltens des Zählers aufgrund der Tätigkeit des Impulsgenerators (T7 bis T9,65).

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S') monostabil' ausgebildet ist